JPH01225065A - 燃料電池発電装置の触媒燃焼器保護装置 - Google Patents

燃料電池発電装置の触媒燃焼器保護装置

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JPH01225065A
JPH01225065A JP63049766A JP4976688A JPH01225065A JP H01225065 A JPH01225065 A JP H01225065A JP 63049766 A JP63049766 A JP 63049766A JP 4976688 A JP4976688 A JP 4976688A JP H01225065 A JPH01225065 A JP H01225065A
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JP
Japan
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exhaust gas
fuel
anode exhaust
anode
fuel cell
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JP63049766A
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Toru Shimizu
徹 清水
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IHI Corp
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IHI Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池発電
装置の触媒燃焼器保護装置に関するものである。
[従来の技術] 現在までに提案されている溶融炭酸塩型燃料電池は、溶
融炭酸塩を電解質として多孔質物質にしみ込ませてなる
電解質板(タイル)を、カソード(1!2素極)とアノ
ード(燃料極)で両面から挟み、カソード側に酸化ガス
を供給すると共にアノード側に燃料ガスを供給すること
によりカソードとアノードとの間で発生する電位差によ
り発電が行われるようにしたものを1セルとし、各セル
をセパレータを介して多層に積層した構成のものとしで
ある。
上記燃料電池のうら、石炭を燃料とする従来の石炭ガス
化溶融炭酸塩型燃料電池の発電システムは、第3図に概
略を示す如く、石炭をガス化精製してなる燃料ガスFG
を、燃11供給ライン4により燃料電池1のアノード3
に供給するようにし、アノード3から排出されたアノー
ド排ガスを、ブロワ5によりアノード排ガスライン6を
通して触媒燃焼器7に導入させるようにし、一方、燃料
電池1のカソード?へ供給するための空気Aを、空気供
給ライン9上の圧縮機8で圧縮した後予熱して触媒燃焼
器7に導き、該触媒燃焼器7からカソード2に供給する
ようにしである。なお、10は燃料供給ライン4に設け
た燃料調節弁、11は空気供給ライン9に設けた空気調
節弁である。
かかる石炭ガス化溶融炭酸塩型燃料電池の発電システム
では、アノード3から排出されるアノード排ガス中に炭
酸ガス(CO2)の外に水素ガス(H2)等の未燃分が
数%程含まれているため、上記アノード排ガスを、上)
ホした如く、アノード排ガスライン6により触媒燃焼器
7を通して未燃分を燃焼させた後にカソード2に供給す
るようにしている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、燃料電池1に一定量の燃料ガス[G及び空気
へか供給されている定常運転時に、プラントに負荷変動
がおり、たとえば、燃料電池1の出力か減少すると、燃
料電池1のアノード3からは未燃分を多く含んだ濃いア
ノード排ガスが排出されることになるので、この)門い
アノード排ガスが触媒燃焼器7に入れられることになり
、触媒燃焼器7に悪影響を与える問題がある。すなわち
、触媒燃焼器7内に未燃分を多く含んだアノード排ガス
がアノード排ガスライン6より入れられ、これが空気供
給ライン9からの空気と混合されると、一定値以上の発
熱量をもつ混合ガスとなるため、燃焼部に触媒を破損さ
せて寿命を短くしてしまうことになる。
そこで、本発明は、プラントに負荷変動があっても、触
媒燃焼器を保護し悪影響を与えないようにすることを目
的としてなしたものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上記目的を達成するために、燃料を燃オ[4
電池のアノード側に供給するための燃料供給ラインに燃
料供給量検出器を設けると共に、空気を触媒燃焼器を通
して上記燃料電池のカソード側に供給するための空気供
給ラインに空気供給量検出器を設け、且つ上記アノード
から排出されたアノード排ガスを上記触媒燃焼器を介し
てカソード側に供給するアノード排ガスラインの途中に
、バイパス弁を有する分岐ラインを設け、更に上記各検
出器からの信号と上記燃料電池の電気出力信号に基づき
上記バイパス弁に開閉指令を送る制御器を備えてなる構
成とする。
[作  用] プラント運転時に出力変動があると、該出力変動に伴な
う燃料電池の電気出力信号が制御器に送られ、該制御器
では、燃料供給量検出器からの燃料供給量検出信号及び
空気供給量検出器からの空気供給量検出信号と演算して
バイパス弁を開閉し、アノードからアノード排ガスライ
ンを介して触媒燃焼器に供給するアノード排ガスの量を
制御することにより、触媒燃焼器へのアノード排ガスの
過剰供給が防止される。
[実 施 例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すもので、第3図に示し
た石炭ガス化溶融炭酸塩型燃料電池発電装置と同じよう
に燃料電池1のアノード3から排出されたアノード排ガ
スを触媒燃焼器7を介してカソード2へ供給するように
しである構成において、燃料電池1のアノード3から触
媒燃焼器7にアノード排ガスを供給するアノード排ガス
ライン6の途中に、アノード排ガス量を制御するための
バイパス弁12を備えた分岐ライン13を設けると共に
、該分岐ライン13の下流端を排ガス塔14に接続して
、アノード排ガスライン6より分岐ライン13に分岐さ
れたアノード排ガスを排ガス塔14より放出できるよう
にし、又、燃料供給ライン4の途中に、燃料電池1のア
ノード3への燃料供給量を検出づる燃料供給量検出器1
5を設けると共に、空気供給ライン9の途中に、燃料電
池1のカソード2への空気供給量を検出する空気供給量
検出器16を設【プ、1つ該空気供給量検出器16から
の検出信号と、十記燃料供給量検出器15からの信号と
、燃料電池1の電気出力信号17とに基づいて、上記分
岐ライン13のバイパス弁12に開閉制御指令を送る制
御器18を備え、燃料電池1の負荷変動に応じてアノー
ド3からアノード排ガスライン6を介して触媒燃焼器7
に導入されるアノード排ガス量を制谷lできるようにす
る。
かかる構成において、燃イ′」供給ライン4に設けた燃
料供給量検出器15からの燃料供給量検出信号と、空気
供給ライン9に設(プた空気供給量検出器16からの空
気供給量検出信号と、燃料電池1からの電気出力信号1
7とは、制御器18にそれぞれ送られており、該制御器
18からの指令がバイパス弁12に送られている。今、
燃料電池1のアノード3に供給されている燃料カスFG
の量と燃料電池1のカソード2に供給されている空気へ
の量か共に負荷に対応して一定にコン1へロールされて
いると、燃オ′」電池は定常運転され、電気出力信号1
7も一定であるため、制御器18から分岐ライン13上
のバイパス弁12に閉指令が送られでバイパス弁12か
閉じられ、アノード3から排出されたアノード排ガスは
アノード排ガスライン6を通してずへて触媒燃焼器7に
供給させられる。
このような定常運転時に、プランi・に負荷変動かあり
、たとえば、燃料電池1の出力か減少した場合は、出力
変動に応じた電気用)j信号17か燃料電池1から制御
器18に送られるので、制御器18は、この電気出力信
号17と上記燃料供給量検出器15からの検出信号と空
気供給量検出器16からの検出信号とを演算して、アノ
ード3から排出されるアノード排ガスの量を算出し、こ
れに基づぎ触媒燃焼器7に必要な量だけのアノード排ガ
ス(未燃分)を供給できるよう分岐ライン13上のバイ
パス弁12に開指令を送り、該バイパス弁12を開εプ
る。バイパス弁12が開かれると、燃料電池1の出力減
少に伴ないアノード3から排出された未燃分を多く含む
濃いアノード排ガスがアノード排ガスライン6から一部
分岐ライン13を通って排ガス塔14より放出されるた
め、触媒燃焼器7に供給された残りのアノード排ガスは
、空気ライン9により供給された空気Aと混合しても一
定値以上の発熱量をもたない混合ガスとなる。この結果
、燃焼時に触媒を破損させることがなく、触媒燃焼器7
の寿命に悪影響を与えることを防止できる。
又、このように、燃料電池1の出力減少に伴なって触媒
燃焼器7に供給するアノード排ガス量を制御している間
に、プラン1−の負荷変動に応じて、たとえば、燃料調
節弁10と空気調節弁11が徐々に閉じられて、アノー
ド3に供給される燃料カスFGとカソード2に供給され
る空気への量が減少してくる等、燃料ガスと空気が負荷
に対応した供給量になって来ると、燃料供給量検出器1
5と空気供給量検出器16で検出された各信号と電気出
力信号17とが制御器18にて演算されることによって
、該制御器18からバイパス弁12に閉指令が出され、
バイパス弁12が閉じられる。この場合、燃料供給量と
空気供給量の減少により、アノード3から排出されたア
ノード排ガス中の未燃分の含有量が減少してぎているの
で、バイパス弁12が徐々に閉じられることにJ:す、
分岐ライン13を通り排ガス塔14より放出されるアノ
ード排ガスの量が減らされて、触媒燃焼器7に供給され
るアノード排ガス量か一定に保持されるよう制御される
。このため、無益に捨てられるアノード排ガスがなくな
り、燃料の利用率を高めることができる。
上述したプランi〜の負荷変動に対する制御のタイムチ
ャートは第2図(イ)〜←9に示す如くである。
第2図において、時間t。−t7間はプラントの定常運
転を行っている状態を示している。
時間t、〜t2 にかけて、0)に示す如く、燃料電池
1の電気出力が低下してくると、アノード3から排出さ
れるアノード排ガス中の未燃分の量か多くなるため、(
へ)に示す如く、燃料の利用率か低下し、逆に触媒燃焼
器7に供給されるアノード排ガス中の未燃分母か、QH
に示す如く増加して行く。時間t2・〜t3の間は、減
少してきた電気出力か一定となり、これに連れて(へ)
の燃料の利用率と(勾のアノード排ガス量が共に一定の
状態になったことを示している。時間t3〜t4は、(
ホ)に示す如く、バイパス弁12が開いて触媒燃焼器7
へのアノード排ガス量が減って行く過程を示しており、
これと同期して燃料調節弁10による燃料供給量の調節
((/9参照)と空気調節弁11による空気供給量の調
節(に)参照)が行われると、アノード3から排出され
るアノード排ガス中の未燃分が減少してきで、(へ)に
示す如く、燃料の利用率を徐々に高めることができる。
時間t4以降は、負荷変動のための制御が終了して8値
が一定したことを示している。
なお、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え
得ることは勿論である。
[発明の効果] 以上述べた如く、本発明の燃料電池発電装置の触媒燃焼
器保護装置によれば、プラントの負荷変動に対応して触
媒燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御し得るよう
にしたので、触媒燃焼器への燃*」未燃分の過剰供給に
よる触媒の破損をなくし、触媒燃焼器の寿命に与える悪
影響を防止覆ることができる、という優れた効果を奏し
得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明図、第2図(イ)〜(勾は
本発明に係る制御のタイムヂv −1−1第3図は従来
例の説明図である。 1・・・燃料電池、2・・・カソード、3・・・アノー
ド、4・・・燃料供給ライン、6・・・アノード排ガス
ライン、7・・・触媒燃焼器、9・・・空気供給ライン
、12・・・バイパス弁、13・・・分岐ライン、15
・・・燃料供給量検出器、16・・・空気供給量検出器
、17・・・電気出力信号、18・・・制御器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)燃料を燃料電池のアノード側に供給するための燃料
    供給ラインに燃料供給量検出器を設けると共に、空気を
    触媒燃焼器を通して上記燃料電池のカソード側に供給す
    るための空気供給ラインに空気供給量検出器を設け、且
    つ上記アノードから排出されたアノード排ガスを上記触
    媒燃焼器を介してカソード側に供給するアノード排ガス
    ラインの途中に、バイパス弁を有する分岐ラインを設け
    、更に上記各検出器からの信号と上記燃料電池の電気出
    力信号に基づき上記バイパス弁に開閉指令を送る制御器
    を備えてなることを特徴とする燃料電池発電装置の触媒
    燃焼器保護装置。
JP63049766A 1988-03-04 1988-03-04 燃料電池発電装置の触媒燃焼器保護装置 Pending JPH01225065A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06231789A (ja) * 1993-02-04 1994-08-19 Youyuu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai 溶融炭酸塩型燃料電池システムとその制御方法
EP1124275A2 (en) * 2000-02-11 2001-08-16 General Motors Corporation Method and apparatus for controlling combustor temperature of a fuel cell system during transient load changes
EP1124276A3 (en) * 2000-02-11 2005-03-23 General Motors Corporation Controlled shutdown of a fuel cell system

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